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삼원촉매 역할을 도와주는 탄화수소 흡착제의 역할 모식도. |
[대학저널 온종림 기자] 고려대 최정규·곽상규 교수연구팀이 가솔린 차량 공해 물질을 제거하는 기술을 개발했다.
고려대는 공대 화공생명공학과 최정규 교수팀의 김진성·심재희 석·박사통합과정과 곽상규 교수팀의 김진철 박사가 일반 가솔린 자동차와 하이브리드 차량의 배기가스에 포함된 탄화수소를 효과적으로 제거할 수 있는 구리 담지 제올라이트 흡착제를 개발했다고 26일 밝혔다.
연구팀은 최적의 성능을 갖는 탄화수소 흡착제 합성법을 제시했을 뿐 아니라 해당 탄화수소 흡착제가 높은 성능을 갖기 위해 필요한 구리종의 역할을 실험과 이론간의 상호보완적 방법론을 통해 규명했다.
가솔린 자동차에는 배기가스에 포함된 유해물질들을 전환할 수 있는 삼원촉매가 장착돼 있다. 해당 삼원촉매는 배기가스에 포함된 CO, NOx, HC(탄화수소)를 동시에 반응시켜 환경적으로 안정한 N2, CO2, H2O로 효율적으로 전환시킬 수 있다.
하지만 시동을 끄고 오랫동안 주차했던 차량의 엔진을 켠 직후 수 분 동안(저온 시동 구간)에는 삼원촉매가 활성화되지 않아 대부분 유해물질을 전환시키지 못하고 대기로 배출시키는 문제점이 존재한다.
탄화수소 흡착제는 이러한 삼원촉매의 문제점을 해결하는 효과적인 방법이다. 탄화수소 흡착제는 저온 시동 구간에서 처리하지 못하고 배출되는 탄화수소를 흡착한 뒤, 삼원촉매를 활성화시키는 충분한 고온이 되었을 때 탄화수소를 탈착시켜 삼원촉매가 해당 탄화수소를 CO2 및 H2O로 전환하게 한다.
이러한 탄화수소 흡착제는 저온에서 높은 탄화수소 흡착량을 갖고, 고온에서 흡착된 탄화수소를 탈착시켜야 되며, 높은 수열 안정성이 확보돼야 효과적으로 활용될 수 있다.
연구팀은 이같은 문제점을 해결하기 위해 제올라이트 미세 다공성 물질에 구리를 사용해 상대적으로 높은 분자량을 갖는 탄화수소(예, 톨루엔)뿐만 아니라, 낮은 분자량을 갖는 탄화수소(예, 프로필렌)에 대해서도 높은 흡착량을 갖는 탄화수소 흡착제를 개발했다.
또한 작은 크기의 산화구리 입자에 의해서 탄화수소의 산화 온도가 낮아지는 것 또한 실험적으로 밝혀냈다.
최 교수는 “끈기있는 연구를 통해 최적의 성능을 갖는 구리 담지 제올라이트를 활용한 탄화수소 흡착제를 개발할 수 있었다"면서 "뿐만아니라 해당 제올라이트 기반 흡착제 기술을 다양한 산업 분야에 적용한다면 지금보다 더 에너지 효율적인 유해물질 저감이 가능하다”고 설명했다.
이번 연구는 촉매분야 세계적 학술지인 Applied Catalysis B: Environmental 5월 25일자로 온라인 게재됐다.
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